Tossicologia
Uso di approcci basati sulle cellule per una comprensione più approfondita della valutazione della tossicologia
Cos’è la tossicologia?
La tossicologia è lo studio degli effetti avversi dei composti chimici naturali e artificiali su un organismo vivente. Nel mondo moderno è un problema sempre più sentito, dato che siamo esposti a un numero sempre maggiore di composti chimici sia nell’ambiente in cui viviamo che nei prodotti che usiamo.
È risaputo che molti di questi composti chimici sono dannosi per la salute umana, e vi sono evidenze che possono essere legati a una vasta gamma di malattie connesse allo sviluppo mentale e neurodegenerative, come l’autismo e il Parkinson.
La tossicologia è pertanto una scienza vitale che ci aiuta a veleggiare nel sempre più folto panorama dei composti chimici.
Uno sviluppo farmacologico più rapido e sicuro con le metodiche di valutazione della citotossicità basate su cellule
Lo studio delle sostanze tossiche e dei loro effetti sugli organismi viventi è essenziale per lo sviluppo di farmaci sicuri e la comprensione delle conseguenze sanitarie dell’esposizione alle sostanze tossiche. I tossicologi occupano un posto di primo piano in campo scientifico, ricercando nuovi modi per identificare e stimare i rischi posti da sostanze potenzialmente utili. In moti casi il loro lavoro apporta un beneficio diretto alla salute pubblica e alla sicurezza.
La valutazione della tossicità svolge un ruolo critico nello sviluppo di nuovi farmaci, dato che è stato riscontrato che numerosi potenziali trattamenti sono tossici nelle sperimentazioni cliniche precoci. Di fatto, oltre un terzo dei farmaci in via di sviluppo non ha successo per via della tossicità, rendendo essenziale una rilevazione precoce al fine di portare sul mercato trattamenti sicuri ed efficaci.
Sebbene l’analisi della tossicità su topi e ratti costituisca il metodo convenzionale per valutare la sicurezza di un nuovo farmaco, tale approccio implica delle limitazioni. Gli studi animali sono lenti, poiché si possono testare solo pochi composti alla volta. Inoltre, la fisiologia dell’essere umano è piuttosto diversa da quella degli animali, così i risultati ottenuti spesso non sono rappresentativi.
Spostandosi ai saggi basati sulle cellule è possibile testare con rapidità più composti chimici e rappresenta in modo migliore la fisiologia umana. Gli organoidi 3D sono particolarmente utili per via della loro complessità e del fatto che ricordano meglio la struttura e funzione dei tessuti umani. Di conseguenza, allontanandosi dai test sugli animali e spostandosi verso i metodi basati sulle cellule si possono ottenere risultati più accurati, risparmiando tempo, denaro e, cosa più importante, delle vite.
Saggi di tossicità basati sulle cellule
- Saggi sulla salute cellulare
Questi si possono eseguire nel formato tradizionale della coltura cellulare usando linee cellulari o cellule primarie, o impiegando cellule staminali più sofisticate, le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC). Le cellule sono esposte alle sostanze chimiche in piastre multipozzetto, e si possono stimare la salute e la morte cellulari usando saggi MTT, saggi Cell Titer Glow, saggi con lettore per piastre, metodi di imaging, saggi vivo-morto e saggi di apoptosi. - Saggi della vitalità e morfologia cellulare
Le cellule sono valutate tramite metodi di imaging, in cui per stimare i potenziali effetti tossici si possono usare la conta cellulare, l’area cellulare o la forma del nucleo. - Crescita neuritica
L’analisi ad alto contenuto può essere usata per rilevare la morte cellulare così come per misurare la crescita neuronale e la gemmazione per valutare e determinare effetti tossici più complessi sulle cellule neuronali. - Mutamenti degli organelli cellulari
Le alterazioni della forma del nucleo, i micronuclei e la disgregazione dei mitocondri si possono quantificare usando l’imaging automatizzato e avanzati strumenti di imaging. Si tratta di studi sofisticati ma che forniscono risultati eccellenti. - E-Phys, l’imaging del CA2+ e altri saggi funzionali
È importante rilevare l’impatto delle sostanze chimiche sulla funzionalità delle cellule. Molti agenti tossici sono bloccanti dei canali ionici, perciò grazie all’elettrofisiologia e all’imaging del calcio si possono rilevare potenziali effetti tossici.
Valutazione integrativa in vitro della cardiotossicità
Questo flusso di lavoro aiuta a illustrare un saggio integrativo in vitro che usa cardiomiociti umani di derivazione iPSC per lo screening ad alto rendimento di varie classi differenti di composti chimici e farmaci ambientali (ossia libreria di screening NTP). Gli effetti chimici sulla contrattilità dei cardiomiociti sono stati determinati per mezzo di misurazioni del flusso di Ca2+ in combinazione con l’imaging ad alto contenuto per valutare gli effetti concentrazione-dipendenti sulla fisiologia dei cardiomiociti, il potenziale della membrana mitocondriale e la vitalità cellulare. Per profilare la tossicità quantitativa sono stati usati descrittori fenotipici. E riguardo la valutazione dei dati, si possono usare i valori di concentrazione per raggruppare l’attività biologica e classificare le sostanze chimiche, e li si possono visualizzare con un software di interpretazione dei dati.
Approfondite le vostre conoscenze su questo studio, Valutazione della cardiotossicità in vitro di sostanze chimiche presenti nell’ambiente mediante l’uso di modelli organotipici derivati da cellule staminali pluripotenti indotte umane.
Aree in primo piano per far progredire le vostre ricerche sulla valutazione della tossicità
Qui in Molecular Devices ci rendiamo ben conto che per ottenere conoscenze più approfondite vi servono i giusti strumenti per la valutazione della tossicità. Ecco perché offriamo una serie di soluzioni pensate per registrare i dati in vari modi. I nostri strumenti di imaging scattano delle istantanee delle cellule permettendo di ottenere un’analisi dettagliata, mentre i nostri strumenti ePhys forniscono delle letture cinetiche rapide. I nostri lettori per piastre possono prendere misurazioni della luminescenza, della fluorescenza o di altre modalità di lettura, mentre la nostra soluzione di automazione aiuta ad aumentare la velocità e l’efficienza di analisi. In più, i nostri strumenti di analisi rilevano le variazioni e offrono un’analisi statistica di base. Con i giusti strumenti di Molecular Devices sarete in grado di ottenere le conoscenze che vi servono per migliorare ancora di più le vostre ricerche.